1 应用背景
顶板是煤矿五大传统自然灾害之一,顶板事故占全国煤矿各类事故死亡人员的34.6%,仍是威胁煤矿安全生产的主要危险源,是煤矿主要杀手之一。如何提高顶板管理机电装备水平,加强顶板管理是安全生产的重要内容。近年来,随着煤矿安全基础建设不断加强,安全生产标准化持续推进,机械化、自动化、信息化、智能化(以下简称“四化”)迅猛发展,大力推进机械化换人、自动化减人和智能化无人矿井建设,有力的保障了安全生产,也取得了良好的经济效益。
目前,恒源矿综掘超前支护前期主要采用机载临时支护的方式,只能控制综掘機前方2m顶板,且控顶面积未做到迎头全覆盖,需要配合大板辅助支护顶板,放大板时人时常站在空顶区,安全可靠性差,受机载临时支护控顶距离,综掘机循环作业有效进尺距离不超过2m,需要频繁割煤、支护,掘进效率相对低,为认真吸取各类事故教训,提高顶板管理水平,确保安全生产,解决循环进尺少,单进低的现状,采取引进新技术、新装备的措施解决目前困境。
2 巷道概况
ⅱ634工作面位于我矿ⅱ63采区中部,为ⅱ63采区准备的第三个工作面。ⅱ634机巷在ⅱ634工作面下方,煤厚3m,平均倾角8°。由于煤层埋深较大,局部0.6~2.1m有厚100mm煤线发育,巷道地压显现明显,帮部裂隙较发育,片帮较严重,迎头临时支护效果与防片帮效果是影响安全性的主要因素。
2.1 巷道围岩特征
ⅱ634机巷布置在6煤层中跟顶板施工,据已施工的ⅱ633机巷、ⅱ632机巷、ⅱ632风巷掘进过程中资料分析,巷道在掘进期间揭露的岩层主要为泥岩及细砂岩、粉砂岩,其中细砂岩:深灰色,薄层状,水平层理,含黄铁矿结核,泥岩:深灰色,薄层状、富含大量植物化石碎片,粉砂岩为浅灰色、灰色,中厚层状、半坚硬。
2.2 顶底板岩性
根据ⅱ633工作面机巷实际揭露情况及周围的99-5、99-8等地面钻孔资料统计如下:
2.3 瓦斯
从赋存深度和覆岩岩性上分析,由于ⅱ634工作面6煤层赋存深,且煤层顶板有较厚的泥岩盖层,不利于瓦斯的排散、溢出。
根据恒源公司防突中心实验室ⅱ633风巷、机巷测定的瓦斯含量,ⅱ633工作面掘进期间最大原始瓦斯含量9.62m3/t,煤层原始瓦斯含量较高;因此判断,ⅱ634工作面机巷掘进期间在构造区域附近可能存在瓦斯富集区,尤其是在构造区域作为瓦斯治理的重点;加强巷道掘进过程中的瓦斯管理工作,对瓦斯富集区提前治理。
2.4 巷道设计情况
ⅱ634机巷设计长度为1963m,用锚梁网索支护、斜矩形断面,断面规格为净宽×净高=4600mm×3500mm(净高指单轨吊中心线处锚杆头至底板之间的垂直距离,净宽指两帮锚杆头之间的水平距离),ⅱ634机巷顶板选用φ=20mm、l=2400mm的左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆,帮部选用φ=20mm、l=2000mm的右旋等强全螺纹钢锚杆,顶板采用“m3”型钢带配合6#钢筋网护表,钢筋网长×宽=2.6m×1.1m(1.0m),右帮帮部采用平钢带配合6#钢筋网支护,左帮帮部采用平钢带配合金属网护表,金属网长×宽=5.0m(3.5m)×1.0m,顶板锚杆间排距为800mm×800mm;帮部锚杆间排距为800mm×800mm。当煤厚≥2m时,顺巷平行于煤层顶板施工两排锚杆(锚杆间距为正常巷道的锚杆排距),第一排距煤层顶板0.8m~1.0m,第二排距第一排0.8m~1.0m。正常施工巷道时,距煤层顶板1.0m处,施工一排锚杆。ⅱ634机巷顶板锚索采用直径21.8mm的钢绞线,锚索长度不小于7000mm,锚索间排距1000mm×1600mm,采用“三三”型居巷中对称布置。
3 设备情况简介
zlj2×1040/28/42型迈步式掘进临时支护装置由金属结构件:横梁、顺梁、前梁和液压元件:立柱、各种千斤顶、液压控制元件、液压辅助元件等组成。
4 迈步式掘进临时支护装置主要性能参数
5 准备情况
6月份步式掘进临时支护使用前,按照要求开展了专项安全风险辨识评估;制定迈步式掘进临时支护工操作规程、使用维护安全技术措施;对操作人员进行了专门的培训。
6 操作步骤
7月份根据设备使用实践并根据我矿生产实际,优化设备操作步骤如下:收前梁千斤顶,上钢带,上网联网。收主横梁侧推千斤顶。收主立柱千斤顶。推主支撑组移架。伸主立柱千斤顶。前梁千斤顶伸压网、联网。伸主横梁侧推千斤顶,收辅横梁侧推。收辅立柱千斤顶。拉辅支撑组移架。伸辅立柱千斤顶。伸出全部侧推,重复以上步骤,然后进行永久支护。
7 施工进度及过程说明
从2018年6月20日j5点前50m开始至2019年1月28日j18点前30m止,累计进尺856m,单班进尺最大5排,最大日进尺9.5m。受停头治理瓦斯影响,个别月份掘进进尺不高。例如8月份与7月份相比,8月受瓦斯含量增大的影响割窑速度变慢,同时不能够一次施工多排,导致本月进尺略小于7月,进尺速度没有明显提高。另外受打钻探查瓦斯影响,8月份、9月份、10月份,11月份和12月份均停头1日至15日进尺。
8 使用效果及劳动效率分析
8.1 劳动效率分析
在使用机载临时支护掘进期间,早班平均每班进尺2排,中班、夜班平均每班进尺3排,日平均进尺量为8排。在使用迈步式掘进临时支护掘进期间,早班平均每班进尺3排,中班、夜班平均每班进尺4排,日平均进尺量为11排。
8.2 经济效率分析
结束语
通过使用迈步式临时支护装置,降低了工人劳动强度,提高了安全系数。其次掘进机割煤出货之后,退到支架后方,迎头空间宽敞,顶板和帮部锚杆可同时施工,人员利用率高。但是还需进一步改善,对ⅱ634机巷该条巷道,迈步式临时支护装置存在临时支护站腿无法一次到迎头、钢带定位困难、操作片阀易损坏和移动时不能与局扇风筒同步移动等问题。